为什么工程师一定要学会用FPGA？

对当今的硬件工程师来讲，FPGA的应用是同PCB设计一样必须掌握的技能，因此在过去三年里我们摩尔吧的硬禾实战营最重要的技能..就是融合了PCB设计的FPGA编程和系统应用，因为在数字化逻辑支撑整个现代科技的今天，不会用FPGA也就意味着无法用数字逻辑的思维方式来解决问题，也就很难成为一个优秀的系统工程师，也会错失掉蓬勃发展的物联网、工业4.0、人工智能等浪潮。

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我们先来看看FPGA的重要性：

FPGA的技术已经已经发展了30多年了，到了今天它和CPU架构一样，玩家越来越少、技术越来越高端，应用越来越深入到各个领域，成了支撑当今各项高科技领域（物联网、大数据、云计算、无人驾驶、智能制造、人工智能）的基础。

这张图看得出FPGA和CPU并驾齐驱，不断刷新性能指标，由于FPGA的可并行利用资源的特点，其计算能力要远超已经采用多核技术的CPU架构。

经过30年的发展，FPGA已经不再是当初简单的“可编程逻辑器件（PLD）”了，在器件内部集成了更多需要灵活配置的可半定制化的功能，在两个大佬Xilinx和Altera/Intel内部集成了硬核化的CPU之后，现在的FPGA更像是芯片领域的“变形金刚” - 五脏俱全并可变化万千。

CPU届的老大Intel嗅觉灵敏，3年前果断出手将FPGA的两巨头之一的Altera收入囊中，高度整合CPU/FPGA，为大数据、云计算以及人工智能大时代做足了准备。

一路高歌猛进的Xilinx，在兄弟Altera被招安以后，独步江湖成为了数字世界的“擎天柱”。

如果是说Xilinx和Altera是飞机、高铁的话，还有两位低调的小兄弟“Lattice”和“Actel”（先被Microsemi收编，又到了MCU大佬Microchip的麾下），他们不放弃、不抛弃，就像滴滴、摩拜一样用自己精雕细琢的服务支撑着从简单的逻辑变换、协议接口到图像处理、深度学习等几乎所有的领域。

FPGA无处不在 - 这张图可以看出来，几乎你能想象到的所有技术领域都会用到FPGA。

最简单的是做接口/协议连接的功能，通过各种逻辑组合，以灵活、高速、资源丰富的优势帮助ASIC（专用集成电路）实现系统所需要的一切功能，也就是说在数字域，凡是你选用的ASIC不能实现的功能，都可以用FPGA来协助。

在人工智能时代，虽然GPU炙手可热，但在灵活性和高性能之间最佳的平衡绝对离不开FPGA。这就是为什么Xilinx的股票持续上涨、美国总统亲自否决中国对Lattice的收购的原因，因为这玩意儿太重要了，未来会越来越重要 - 具有高度杀伤力的核心技术。

这张图简单地展示了FPGA在人工智能领域应用的优势所在。

微软的云服务当然缺少不了FPGA了，无数颗的CPU、GPU，仍旧离不开FPGA，从这个图上隐约觉得FPGA就是云中的带头大哥“擎天柱”。

是不是“不明觉历”？我们不能只是停留在“不明”的阶段，对这么厉害的技术一定要“明”，一定要知道它是什么？它应该怎么用？先通过一张图简单看一下FPGA是如何构成的。

以Xilinx的Virtex II为例的FPGA内部结构

FPGA是一种可编程的数字逻辑芯片，我们可以通过对其编程实现几乎任何的数字功能，最简单的如：

• 丰富的可编程逻辑资源（CLB） - 各种组合逻辑、时序逻辑，门“阵列”

• 丰富的内部存储资源（Block RAM） - 可以组成ROM、双口RAM、FIFO等等各种需要的存储结构

• 可编程的IO - 每一个输入输出管脚都可以单独定义、配置，支持同其它器件的灵活连接

看到这里是不是就觉得它很强大了？这只是FPGA冰山的一个小角而已，即便掌握了这些基本功能的使用，就足以让我们硬件工程师的技能得到大大的提升，在产品设计中上一个大的台阶，哪些提升呢？

• FPGA在数字世界里它无所不能，就像乐高的积木一样可以搭建各种不同的功能模块，实现你所希望的各种功能，这是你产品中非常重要的一块，可以大大加速你产品的开发时间，可以大大降低系统的成本及设计风险，可以为你产品的升级、调整带来大大的灵活性；

• 数字逻辑的思想 - 首先你必须掌握最基本的数字逻辑知识，学会一种用来构建各种功能的工具语言（在这里我们推荐广受欢迎的Verilog），再次你要动脑（考验的是你的逻辑思维是否清晰），一个优秀的建筑师的作品是在脑子里勾画出来的，而不是拿积木碰运气拼凑出来的；
  

• 并行设计的理念 - 同CPU不同的是FPGA是并行处理的，如果要处理并行的多个任务，CPU必须经过非常复杂的任务调度，有时候不得不联合多核一起，而多数情况下一颗小小的FPGA就能搞定所有的任务，从设计理念上这是孑然不同的；

• 资源的合理利用 - 各个厂商的各种型号的FPGA可供你选用，有啥呢？就像你出行是选择乘飞机、高铁、出租还是骑自行车一样，每种方式都要付出不同的成本，而根据需要选择最适合的资源配置在使用FPGA的过程中能够得到最充分的体验；

• 哪怕你做一个小小的项目，你会惊奇地发现它很有趣，你任何天马行空的想法都可以通过FPGA来快速实现，在乐趣中找到爆棚的自信感

所以，你有必要像对待PCB设计一样也来学习FPGA，甚至投入更高的热情。

很多人都会说，老师，我知道你说的这些，我也很想学，但是好像很难哦，好像我们学校的老师都不会哦，好像学习这个要花很多钱买开发板哦，好像要花很长时间也学不会哦。

我要说的是，这些学生是被严重误导了，被一些唯利是图的江湖郎中们给带沟里去了，其实呢学习FPGA并不难，比学习PCB设计还要简单的多：

1. 一台电脑 - 能装FPGA的编译系统就可以了

2. 一个FPGA学习板 - 只需不到200元就可以了（三两个朋友搓一顿饭的钱而已了），随时随地可以编程学习 

3. 一个随时给你指导的工程师团队 - 通过摩尔吧..或者我们的FPGA学习群

当然，如果你想更快地入门，让师父领进门，只需要1天的时间就可以，你可以联系我们的小脚丫FPGA团队，他们以自己的专业、负责，用自己的实力征服了全国50多所高校的教学实验。

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